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手机光谱仪IndiGo应用报告(2)

2021/7/13

手机光谱仪IndiGo是法国公司GoyaLab推出的一款可通过蓝牙与智能手机和平板连接的便携式光谱仪。本文中我们将以极简的方式向您展示,IndiGo在日常生产、生活中的潜在应用。

背景介绍

依据卫生纸所适用的国标对纸品的可迁移性荧光物质的检测要求如下[1]

将试样置于紫外灯下,在波长254 nm365 nm的紫外光下检查是否有荧光现象。若试样在紫外灯下无荧光现象,则判定无可迁移性荧光物质。若试样有荧光现象,则按GB/T 27741-2011中第5章进行可迁移性荧光物质测定。

而在国标GB/T 27741-2011的替代标准中[2],第5章说明了定性测定可迁移性荧光物质的方法。该方法要求先用萃取液提取纸品中的荧光增白剂,再用纱布吸附荧光增白剂,最后在254 nm365 nm的紫外灯下观察纱布是否有荧光现象。该份国标随后还提供了应用紫外可见分光光度法和高效液相色谱法的定量测试方法。

通过肉眼判别是否存在荧光显然对于检测者是个不小的挑战。而使用分光光度法和高效液相色谱法则对检测设备、检测环境具有较高要求,流程相对复杂,检测结果也并非立等可取。那么是否能有既简单快捷,又比肉眼观察更靠谱的手段呢?我们通过IndiGo来试了试。

样品

不同品牌的餐巾纸样品共计4种。我们分别将他们编号为S1-S4。其中三款为白色,一款为本色餐巾纸。

1 用于测试的4不同品牌的餐巾纸

仪器基本情况

我们使用手机光谱仪IndiGo(法国GoyaLab公司生产)。除了基础模块,它还配备了UV激发模块。基础模块内部配备CMOS相机,用以采集光谱,我司的IndiGo基础模块样机的光谱探测范围为337.5-712 nm(实际销售版本的光谱范围略有所不同,详见产品手册)。UV激发模块中共有6颗LED,出射光束中心波长365 nm。采集后的光谱信息显示在手机光谱仪的配套软件SpectroLab上。SpectroLab软件分为用于智能手机/平板的APP和用于Windows端的两种版本。我们使用的是用于Windows端的软件。

2 配备UV激发模块的IndiGo手机光谱仪(西诺光学样机)

测试过程

1. 将手机光谱仪IndiGo通过USB数据线与电脑连接,在电脑上启动SpectroLab软件。

3 SpectroLab的软件界面

2. 仪器各项参数中,我们对曝光时间和相机增益进行了调节,以确保用于采集的相机不会出现光强饱和的现象,具体参数见下:

曝光时间:80 ms

相机增益:1

X轴单位:nm

Y轴单位:光强绝对值(a.u.

3. 测试时,样品直接接触IndiGoUV激发模块前端,开启激发光源,随后IndiGo将自动记录其荧光光谱,并传输到电脑中,在SpectroLab中进行展示。激发光选用UV激发模块上的2颗高功率LED(单颗功率约350 mW)。对S1-S4样品分别进行4次测试,且每次采集均选用样品上不同位置的点。

4 UV激发模块中6颗LED的分布及通过按钮启动两种激发模式的方法

5 检测样品S1的荧光光谱

4. 将每次采集获得的结果从SpectroLab中导出。SpectroLab支持以.pdf文件的格式记录光谱图形和仪器各项参数,也支持以.csv格式记录光谱数值和仪器各项参数的值。此处我们选择以.csv格式导出原始数据,数据既不减去背景噪声值,也不进行平滑或归一化处理。

5. 将保存于几份.csv文档中的数据集中到一份.xlsx文档中。我们首先查看来自同一样品的4份数据,从而了解IndiGo取得的数据的可重复度如何。

6. 随后,对来自4类样品的光谱数据分别进行平均。最后,对4类样品的光谱数据平均值作折线图,进行比较。

光谱结果

6 对样品S1进行4次测试所得到的光谱结果

7 对样品S2进行4次测试所得到的光谱结果

8 S1-S4样品的光谱平均值对比

测试结论

1. 同一样品的4次光谱采集,具有较好的重复度。从图6和图7可以看到,从同一样品取得的4次光谱曲线几乎完全重合。

2. 4份样品之间的对比结果(图8)来看,样品S2与样品S3的光谱非常接近,没有发现他们在哪个特定波长范围内存在显著差异。

3. 样品S1的光谱曲线在400-480 nm波段比样品S2、S3、S4的光强更大。400-480 nm对应的是紫色和蓝色光。

根据喻坤等人此前发表的论文[3],有多个品种的荧光增白剂可在荧光光谱中引起蓝色荧光,比如二苯乙烯类、香豆素型、萘酰亚胺类。我们在S1的光谱中观察到的荧光光谱的波长范围,与此吻合。

再者,根据餐巾纸现行国标[1]的表述,试样如果在紫外光照射下呈现荧光,则可判定其含有荧光增白剂。从中我们基本可以推断,造纸工业中其他的添加剂在紫外光的照射下,不会被激发出荧光。荧光的唯一来源应该就是荧光增白剂。

基于上述两点,我们判断,样品S1中很有可能添加了荧光增白剂,或者,样品S1中的荧光增白剂含量显著高于样品S2和S3,而样品S2和S3中的荧光增白剂含量则相对较少。具体属于何种情况,还需要配合其他高灵敏度的定量测试手段来进行判断。

4. 样品S4为本色餐巾纸,这一点与颜色为白色的样品S1、S2、S3非常不同。从光谱结果上看,它对于紫外激发光的反射率是最低的。光谱中也观察不到被激发的荧光谱线。

5. 相较于国标推荐的紫外可见分光光度法和高效液相色谱法,IndiGo获取的测试结果仅可用于定性,无法定量,但IndiGo的操作简单许多。我们建议,可通过常用的高灵敏度定量分析手段,先分拣出若干不含荧光增白剂的餐巾纸样品。用IndiGo记录这些样品的荧光光谱图,并将他们作为标准参考曲线。此后,对未知样品用IndiGo以同样方法测得荧光光谱图后,即可与标准参考曲线进行对比(IndiGo配套的APP支持将保存于手机内的若干光谱同时显示),从而快速判定未知样品中是否含有荧光增白剂。

6. 我们未能查询到各品种荧光增白剂所产生的荧光光谱峰值所在波长,因而无法判断餐巾纸样品中添加的是何种荧光增白剂。

参考文献

[1] GB/T 20810-2018, 卫生纸(含卫生纸原纸)[S]

[2] GB/T 27741-2018, 纸和纸板 可迁移性荧光增白剂的测定[S]

[3] 喻坤, 韩熠, 张承明,等. 荧光光谱法快速测定餐巾纸中的可迁移荧光增白剂[J]. 光谱实验室, 2013(01):112-116.